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    一种填埋气提纯处理制取压缩天然气工艺的研究及应用

    浏览次数: 日期:2017-7-23 9:50:39

    摘要:为了达到资源的综合利用,将填埋气提纯处理制取压缩天然气,将收集来的垃圾填埋气经预处理(脱硫、脱水、除尘)系统、螺杆压缩、催化脱氧系统、变压吸附提纯系统及CNG压缩系统等进行处理。这样不仅能减少有害气体排放,还可以将废气资源化,产生良好的经济和社会效益。

    关键词:垃圾填埋气;预处理;催化脱氧;变压吸附提纯;CNG压缩;


    一、引言

    垃圾填埋场产生的填埋气产量较大,释放出来会对环境和人类造成严重的危害。其中填埋气中甲烷气体占50%,而甲烷气体是一种宝贵的清洁能源,具有较高的利用价值。目前常采用火炬燃烧的方式来处理填埋气,但这样的处理不仅没有真正达到减少环境污染的目的,还造成严重的资源浪费。为了从根本上解决填埋气对大气环境的污染,现将填埋气提纯处理制取压缩天然气(CNG),这样不仅能减少有害气体排放,还可以将废气资源化,产生良好的经济和社会效益。


    二、工艺流程

    垃圾填埋场中收集到的填埋气,经填埋气预处理系统将填埋气中的H2S、H2O等除去,再经过填埋气压缩机加压至0.5MPa·G,然后再通过催化脱氧将填埋气中的O2脱除,然后再经过变压吸附工艺将填埋气提纯至车用压缩天然气,最后经过加臭、CNG压缩机加压至20MPa·G直接经加气柱充入CNG运输管束车。工艺流程图如图1所示。


    填埋气提纯.png

    图1 工艺流程图


    三、工艺方案

    3.1 预处理系统

    预处理系统是垃圾填埋场填埋气利用工程中的一个重要环节,该系统不仅用于实现对填埋气的增压、稳压、温度调节、除杂质、脱水、脱硫、除臭和安全保护等处理功能,同时还是垃圾填埋场气体收集系统与提纯系统之间的燃气输送桥梁。

    垃圾填埋气(LFG)由罗茨风机抽采进入预处理系统。预处理系统设置降温除水除尘装置。系统入口设置初级过滤器以过滤LFG中的大颗粒杂志及部分液态水;设置一台换热器将原料气温度降至20℃以内,使原气体中的饱和水份以游离态析出,后经气液分离器有效去除,分离器除水率达97%以上;风机后端设置一水冷换热器用于调节预处理系统出口温度;预处理系统出口设置精密过滤器,以保证气体中固体杂志有效去除。脱硫采用干式脱硫工艺,脱硫剂采用固体氧化铁,同时为了提高脱硫剂的利用效率,本工程粗脱硫部分设计两台脱硫塔,两塔之间可以并联也可以串联操作。除臭系统采用双塔吸附,一塔再生的工艺,以保证系统能够连续运行。

    3.2螺杆压缩

    为了实现变压吸附提纯装置的最佳分离效果,原料气必须被压缩到适合PSA工作的工艺压力。压缩机采用整体橇装式喷油螺杆压缩机,工艺气压力和流量稳定,同时出口气路设置冷却设备以调节气体温度。原料气压缩机采用喷油螺杆压缩机,设计出口压力0.6MPa,排气量2250Nm3/h,出口温度40℃。

    3.3催化脱氧系统

    催化脱氧是在催化剂的作用下使填埋气中的O2和CH4、H2或者甲醇(乙醇)等气体反应脱除。本工程原料气为垃圾填埋气,在催化脱氧过程中不需要引入外源物质,直接利用气体中的甲烷进行催化燃烧,减少配套工程。

    具体脱氧工艺为:原料气经压缩、出脱硫塔后进入脱氧前余热回收系统,可实现原料气预热以达到精脱硫工作温度及脱氧催化剂起活温度,同时降低脱氧后气体温度,有效利用反应热源,降低装置能耗,同时增加装置安全性;脱氧催化剂采用设备厂家自主研发的低温高效金属催化剂,催化剂起活温度在300℃以内,同时根据反应温度配比进气量,维持催化燃烧反应在较低温度内,既能保证O2有效燃烧脱除,又能保证装置在安全稳定工况下运行;最终经余热回收系统后气体温度仍较高,根据项目气候温度情况,采用风冷水及水冷双重方式保证气体温度,既能为气体降温,又能有效利用自然环境降低装置能耗。

    3.4变压吸附提纯系统

    变压吸附法(PSA)是在加压条件下,使CO2吸附在活性炭、分子筛、硅胶等吸附剂表明,以实现气体分离脱除CO2。其工艺原理是利用吸附剂对不同组分气体吸附力的不同,选择性吸附混合气体中的某些组分,使之与其他气体组分得以分离。

    本研究设计六个吸附塔,内装专用吸附剂,可有效保证产气中甲烷纯度在90%以上,甲烷回收率大于92%。装置经过吸附、均压降压、顺放、均压升压、产品气升压过程后,吸附塔便完成了一个完整的“吸附—再生”循环,又为下一次吸附做好了准备。

    3.5CNG压缩

    CNG压缩机组采用一体化集成式压缩机橇采用高效节能型压缩机组,四缸五级压缩,水平往复活塞式结构,机组整体橇装,水冷自动带隔音房型机组,机组采用高压填料密封、无油润滑结构设计和无平衡段设计,强制少油润滑运行。机组为四曲拐两两互成90°,使得机组平衡性较好。同时橇内还配置进气缓冲罐、回收装置(集油罐)、储气瓶组和充气柱(预留)。


    四、实际应用

    丰台循环经济产业园垃圾填埋场项目每小时可产生填埋气约为4000Nm3,原采用9个火炬进行燃烧的方式来处理填埋场产生的填埋气。这样的处理方式不仅没有真正达到减少环境污染的目的,还造成严重的资源浪费。填埋气燃烧时会排放出粉尘、二氧化硫、氮氧化物等有害气体,这些气体溶于水会形成酸雨和雾霾,对当地环境造成污染。

    为了达到资源的综合利用,北京华泰润达节能科技有限公司将丰台区循环经济产业园垃圾填埋气进行提纯制车用天然气,将收集来的垃圾填埋气经预处理(脱硫、脱水、除尘)系统、螺杆压缩、催化脱氧系统、PSA系统及CNG压缩系统等进行处理。该项目每年处理垃圾填埋气为3504万m3,可产生生物天然气1900万m3,每年可节约21024吨标煤,每年可减少CO2排放量约为70万吨。将垃圾填埋气提纯制取天然气,这样不仅能减少有害气体排放,还可以将废气资源化,产生更大的经济效益。


    五、结论

    采用火炬燃烧的方式处理垃圾填埋气,不仅没有真正达到减少环境污染的目的,还造成严重的资源浪费。而将填埋气提纯处理制取压缩天然气,不仅能减少有害气体排放,还可以将废气资源化,产生良好的经济和社会效益。垃圾填埋气资源的充分利用是实现生活垃圾的减量化、资源化和无害化的重要途径。垃圾填埋气利用本身是解决环境污染的有效途径,同时符合国家对垃圾处理的资源化要求,还有效的弥补了我国气体能源的缺口。


    参考资料

    [1]邹宏建,填埋气净化提纯抽取CNG的工艺技术研究   中国石油大学(北京)

    [2]吕俊 蒋恪彦 王卫星,垃圾填埋场填埋气提纯利用的探讨 《城市燃气》

    [3]孟昭满  杨全斌,垃圾填埋场的沼气提取与利用  《燃料与化工》2007


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